Phospholipid dan kolesterol adalah kedua-dua komponen penting membran sel. Mereka memainkan peranan penting dalam pengangkutan transmembran sel, penghantaran isyarat, dan metabolisme biologi. Tetapi apakah interaksi mereka? Dalam kajian literatur ini, kami akan berkongsi satu artikel mengenai analisis interaksi antara fosfolipid dan kolesterol (CHOL) menggunakan dua cara: penyebaran dan simulasi dinamik molekul. Adalah diharapkan bahawa ia bukan sahaja akan meningkatkan pemahaman kita tentang struktur membran sel, tetapi juga membawa inspirasi kepada pembangunan liposomes dan lipid tiny.

Abstrak:

Kolesterol dan phospholipid di mana-mana dalam membran sel tidak dan interaksi mereka adalah kritikal dalam pemerdagangan kolesterol diantarai lipid. Interaksi antara kolesterol dan phospholipid telah ditentukan dengan menggabungkan kecil-sudut neutron maka (SANS), sudut kecil sinar-X maka (SAXS) dan molekul dinamik (MD) simulasi atom keseluruhan.

Pemodelan: model taburan ketumpatan maka bilayers terdiri daripada kolesterol dan eter lipid telah dibina, dan parameter struktur pelbagai membran bilayer diperolehi.

Simulasi: simulasi dinamik molekul dengan kekangan kawasan permukaan telah dijalankan dan data eksperimen telah diterbitkan semula. Pendekatan analisis lelaran ini menghasilkan perjanjian yang baik antara struktur eksperimen dan simulasi, dan interaksi molekul antara kolesterol dan phospholipid lagi telah disahkan oleh simulasi MD.

Kesimpulan: · dengan kehadiran lipid eter, kumpulan hidroksil (-OH) kolesterol terutamanya membentuk ikatan hidrogen dengan kumpulan fosfat pada kepala fosfolipid. Dengan kehadiran phospholipid, kumpulan hidroksil kolesterol membentuk ikatan hidrogen dengan kumpulan carbonyl pada rantai lemak fosfolipid. Secara ringkasnya, kolesterol bergerak lebih dekat ke permukaan bilayer apabila lipid eter hadir dan menggesa dehidrasi kumpulan fosfat di kepala. Di samping itu, pengagihan ketumpatan spatial tiga dimensi sekitar kolesterol mencadangkan bahawa ia menjalani anisotropic di pembungkusan, mengakibatkan kecondongan kolesterol.

Rajah 1. Struktur molekul fosfolipid dan lipid eter

Kaedah eksperimen

Bahan:

Rajah 2. Struktur molekul cheolesterol (CHOL) dan dihexadecylphosphatidylcholine (DHPC)

Model yang dibina adalah lipid bilayer terdiri daripada kolesterol (CHOL) dan dihexadecylphosphatidylcholine (DHPC). Imej atom taburan ketumpatan maka (SDP) model pertama diperolehi oleh simulasi MD tanpa menggunakan ketegangan permukaan, maka parameter struktur yang berbeza (kawasan lipid, ketebalan lapisan hydrophobic bilayer, dan sebagainya) telah ditentukan, dan model kemudian dioptimumkan dengan menganalisis data eksperimen. MD simulasi dilakukan atas ketegangan permukaan pada peringkat seterusnya, dan interaksi molekul antara kolesterol dan lipid yang berbeza telah dianalisis lagi dengan membandingkan keputusan simulasi dengan keputusan ujian.

• Penyebaran neutron kecil-sudut (SANS):

Neutron ujian telah dilaksanakan menggunakan sumber Neutron bertaburan (SNS) BL-6 EQ-SANS di makmal kebangsaan elgin. Vektor maka jumlah Q (0.03 < Q < 0.8 Å^-1) Adalah dikira menggunakan pengesan pada pelbagai waVelengths (2.5-6.0 Å), dengan jarak dari pengesan untuk sampel 2.0 m. Menggunakan perisian yang disediakan oleh SNS untuk pembetulan dan pengurangan bunyi bising, keamatan dimensi (1D) diperolehi oleh analisis data.

• Penyebaran sinar-X sudut kecil (SAXS):

Data sinar-X telah dikumpul dari sumber sinkrotron tenaga tinggi Cornell G-1. Petikan coupler caj (71 µm linear saiz, pelbagai piksel 1,024 Í 1,024) telah digunakan untuk mengesan maka dari pancaran kejadian pancaran (0.24 Í 0.24mm²) Diterangi oleh sinar-X pada panjang gelombang 1.17 Å pada sampel ULV. Jarak dari sampel ke pengesan adalah 505.8mm. Sampel telah dipindahkan ke dalam tiub kapilari kuarza 1.5mm dan diletakkan di rak kawalan suhu. Hubungan antara keamatan maka saya dan maka vektor Q telah diperolehi oleh latar belakang menolak jejarian purata data dua dimensi (2D). Ia kemudian ditukar kepada satu faktor bentuk sinar-X yang menggunakan hubungan yang sama sebagai neutron.

• Simulasi dinamik molekul (MD):

CHARMM-GUI membran pembina telah digunakan untuk menjana koordinat untuk jayer DHPC yang tulen (128 DHPC) dan bilayer DHPC dengan 20 mol % kolesterol (128 DHPC + 32CHOL).

Kerana lipid eter DHPC tidak termasuk dalam pemilihan lipid CHARMM-GUI, ia adalah perlu untuk pertama membina model DPPC bilayer menggunakan CHARMM-GUI, dan kemudian menukar kumpulan carbonyl (C = O) dalam DPPC kepada kumpulan methylene (CH₂) Dalam DHPC. Sistem ini adalah solvated dengan menambah molekul air 4,300-4,800, manakala NaCl mencukupi telah diperkenalkan untuk baki caj. Pakej NAMD (versi 2.816) dan medan daya lipid 36 CHARMM telah digunakan untuk simulasi MD. Untuk pengoptimuman medan daya tertentu dan tetapan parameter MD, rujuk teks asal serta dokumen sokongan.

Sistem simulasi 3. MD dan pembinaan sistem DHPC bilayer

(A) Equilibrated bilayer sistem di mana lipid bilayer diselesaikan ke dalam lima komponen (warna pembezaan): merah-perangkap (CH₃); Tulang belakang hitam-glycerol + ikatan eter; Cahaya-biru-methylene (CH₂); Kumpulan ungu-kepala (fosfat radikal + CH₂CH₂N); Dan trimethyl terminal kuning-kolina.

Keputusan:

Rajah 4. Penjelasannya model SDP oleh faktor eksperimen perbandingan yang berbeza

(Komposisi lipid diterangkan oleh fungsi analisis (iaitu Fungsi Gaussian dan fungsi ralat), dan kandungan air ditentukan oleh complementation dengan kamiran liposome jumlah. A: maka neutron; b: x-ray maka; c: jumlah ketumpatan elektron; d: neutron maka panjang ketumpatan; e: jumlah pengagihan. Nota: penerangan warna adalah konsisten dengan rajah 3)

Rajah 4. Perbandingan langsung antara faktor bentuk neutron dan X-ray untuk eksperimen kontras yang berbeza

Rajah 5. MD simulasi bilayer yang mengandungi 20 mol % kolesterol dan DHPC

Rajah 6. Kepekatan kolesterol berbanding perubahan dalam parameter struktur wakil untuk DHPC bilayers

(Kesan pesanan kolesterol ditunjukkan oleh penurunan kawasan lipid permukaan dengan meningkatkan kepekatan kolesterol, peningkatan dalam membran lipid bilayer ketebalan D_BDan ketebalan hidrokarbon 2D_C, Dan perubahan kira-kira linear kesan belat kolesterol.)

Rajah 7. Perbandingan langsung antara faktor bentuk eksperimen yang berbeza untuk membran bilayer DHPC yang terdiri daripada 20 mol % kolesterol dan faktor bentuk yang dikira oleh simulasi kinetik NAPnT di kawasan sel unit tetap

Rajah. 8. Fungsi pengedaran Radial kumpulan hidroksil (-OH) kolesterol dengan radikal fosfat (a), N atom kolina (b), kumpulan eter rantai utama (-O-, c), dan atom oksigen dalam air percuma (puncak tajam diperhatikan untuk radikal fosfat dan air pada 2.7 Å, Dan puncak luas diperhatikan bagi atom N di choline pada 4 Å.)

Rajah 9. Hidrogen ikatan antara CHOL-OH dan lipid berdekatan berdasarkan pengagihan RDF dalam rajah 8. (Orange menunjukkan potensi hidrogen bon dan interaksi elektrostatik.)

Rajah 10. Obliquity tetraloop satah kolesterol berbanding dengan biasa bilayer itu. Kolesterol tidak diedarkan secara menegak dalam membran, tetapi dengan sudut tertentu. Majoriti kolesterol mempunyai pengagihan kecondongan 20 °.

Rajah 11. Pengagihan ketumpatan 3D rantaian hidrokarbon alifatik berhampiran kolesterol. Pembungkusan rantai Anisotropic dikaitkan dengan tetralaops kolesterol, dan pembungkusan rantaian berkepadatan tinggi juga berlaku berhampiran muka licin cincin.

Kesimpulan:

Kajian ini digabungkan eksperimen dengan simulasi. SANS dan SAXS telah digunakan untuk menyiasat kedudukan molekul dan orientasi kolesterol dalam eter lipid bilayers. Sebab-sebab bagi sifat-sifat berbeza maka bilayers lagi dianalisis oleh simulasi MD, yang membentuk asas SDP model untuk menganalisis data eksperimen. Sebaliknya, parameter model telah dioptimumkan lagi menggunakan parameter struktur yang diperolehi experimentally untuk meningkatkan kesahihan dan kebolehpercayaan simulasi MD dan menentukan interaksi molekul antara kolesterol dan eter lipid. Interaksi molekul antara acylphospholipid biasa dan kolesterol adalah agak lain.

Khusus:

Dalam bilayers terdiri daripada lipid eter, kumpulan hydroxyl (-OH) pada kolesterol membentuk hidrogen bon dengan oksigen dalam kumpulan fosfat, manakala di phospholipid biasa, kumpulan hydroxyl cenderung untuk membentuk bon hidrogen dengan kumpulan carbonyl (C = O) pada lemak phospholipid kerana dalamKehadiran kumpulan ester. Perbezaan dalam interaksi ini boleh menjelaskan peranan penting yang acetal phospholipid (eter lipid) bermain dalam mediating kolesterol pengangkutan. Lebih penting lagi, dalam kajian ini, interaksi antara molekul yang berbeza dalam persekitaran membran telah dimodulatkan lagi dengan mengubah komposisi kimia lipid itu.

Kolesterol, termasukHP kolesterol, Memainkan peranan yang besar dalam organisma dan juga excipient farmaseutikal yang penting. AVT membekalkan kolesterol tumbuhan yang diperolehi. Hubungi kami untuk maklumat lanjut.

Rujukan:

[1]. JM dekan, Lodhi IJ.Peranan struktur dan fungsi lipid eter.Sel Protein. 2018;9(2):196-206. doi:10.1007/s13238-017-0423-5

[2]. Pan J, Cheng X, Heberle FA, B Mostofian, Kučerka N, P Drazba, Katsaras J. Interaksi antara phospholipid eter dan kolesterol sebagaimana yang ditentukan oleh maka dan simulasi dinamik molekul. J Phys Chem B. 2012 27 dis; 116(51):14829-38. Doi: 10.1021/jp310345j. Epub 2012 dis 13. PMID: 23199292; PMCID: PMC3539752.